Закодированный голос Литература » Статьи

Закодированный голос (Что такое вокодеры)


Не подумайте, что в статье речь пойдет о каких-нибудь "шпионских штучках" вроде кодирования голоса важного свидетеля с целью предотвращения его идентификации. Да и вряд ли такое широко применяется на практике, есть средства попроще. Во всяком случае, когда создатели телепередачи на криминальную тему не хотят, чтобы было раскрыто инкогнито того или иного участника, его помещают в тень, разворачивают затылком к телекамере, иногда слегка "размывают" изображение, а голос обрабатывают эффектом Pitch Shifter (сдвиг высоты тона). Этого эффекта вполне достаточно, чтобы звуковой образ, например, щебечущего, как воробышек, Буратино превратить в ревущего, как медведь, Карабаса Барабаса. Нет, наши статьи посвящены самой мирной и безобидной теме- музыке. И сегодня мы всего лишь хотим рассказать вам о применении для обработки голоса певца виртуальных устройств, которые называются вокодерами.


Вокодер (voice coder - кодировщик голоса) - устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром. Речевой синтез реализуется обычно при помощи формантных преобразований: выделение из сигнала с достаточным спектром нужного набора формант с нужными соотношениями придает сигналу свойства соответствующего гласного звука. Изначально вокодеры использовались для передачи кодированной речи. Путем анализа исходного речевого сигнала из него выделяется информация об изменении положений формант при переходе от звука к звуку. Эта информация кодируется и передается по линии связи, а на приемном конце блок управляемых фильтров и усилителей синтезирует речь заново.


Из систем связи - в музыку


Вокодеры различных типов были разработаны в целях экономии частотных ресурсов радиолинии системы связи при передаче речевых сообщений. Экономия достигается за счет того, что вместо собственно речевого сигнала передают только значения его определенных параметров, которые на приемной стороне управляют синтезатором речи. Основу синтезатора речи составляют три элемента: генератор тонального сигнала для формирования гласных звуков, генератор шума для формирования согласных и система формантных фильтров для воссоздания индивидуальных особенностей голоса. Конструирование вокодеров, способных не только разборчиво воспроизводить речь, но и сохранять узнаваемость голоса говорящего человека, оказалось нелегкой задачей. После всех преобразований голос человека становится похожим на голос робота. Однако для систем голосовой связи это вполне терпимо. Если же не ставить перед собой задачу приближения звучания голоса, обработанного вокодером, к звучанию оригинала, а рассматривать вокодер как специфический эффект, то можно получить интересные результаты.

Подавая на блок речевого синтеза сигнал, например электрогитары, и произнося слова в микрофон блока анализа, можно получить эффект "разговаривающей гитары". При подаче сигнала с простейшего музыкального синтезатора получается "голос робота". А если подать сигнал, близкий по спектру к колебаниям голосовых связок, но отличающийся по частоте, то изменится регистр голоса - мужской на женский или детский (и наоборот).

Вокодер как эффект, применяемый в музыке, позволяет перенести свойства одного (модулирующего) сигнала на другой сигнал, который иногда называют носителем (carrier). Часто в качестве сигнала-модулятора используется голос человека, а в качестве носителя - сигнал, формируемый музыкальным синтезатором. Так достигается эффект "говорящего" или "поющего" музыкального инструмента.

До сих пор речь шла об аппаратных вокодерах. Но в практике компьютерного музыканта значительно чаще используются вокодеры виртуальные, реализованные в виде VST-плагинов. С каждым днем становится все больше плагинов, предназначенных для преобразования голоса певца, в которых наряду с другими интересными алгоритмами используется и алгоритм вокодера. Естественно, что применяются подобные плагины не сами по себе, а совместно с программой-хостом. В качестве таковой может быть использована любая виртуальная студия, поддерживающая технологию VST, например, Cakewalk SONAR, Steinberg Cubase или Fruity Loops Studio.


Простенький Vocoder из комплекта Cubase SX


В поставку Steinberg Cubase SX входит VST-плагин с немудреным названием "Vocoder". Это очень простой вокодер. Хотя, взглянув на рисунок, вы можете и не согласиться с таким нашим утверждением.



Закодированный голос (Что такое вокодеры)

Рис. 1. Окно плагина Vocoder из комплекта Cubase SX




Основа работы этого вокодера состоит в том, что спектр исходного сигнала-модулятора делится на множество частотных полос. Параметры звука в этих частотных полосах можно использовать для модуляции носителя.

В плагине Vocoder предусмотрен собственный встроенный формирователь сигнала-носителя. В его основу положен простой мультитембральный синтезатор. Вместе с тем, имеется возможность использовать внешний высококачественный синтезатор.

В правой секции окна находятся элементы регулировки, влияющие на работу анализатора параметров модулирующего сигнала.


Number of Bands - количество полос, на которые разбивается спектр анализируемого сигнала. Если полос мало, эффект будет более заметным. При большом числе полос разборчивость звучания голоса улучшается.


Bandwidth - ширина полосы пропускания каждого фильтра. Узкие полосы подчеркивают резонансные свойства фильтров, голос будет содержать звенящие призвуки.


Min. Freq. и Max. Freq. - границы обрабатываемого частотного диапазона.


High Thru - регулятором можно обеспечить прохождение на выход плагина высокочастотных составляющих, характерных для свистящих звуков (наподобие "с"), которые имеются в исходном сигнале.


Talk Thru - регулировка уровня исходного сигнала, проходящего на выход плагина в моменты, когда играются ноты.


Gap Thru - регулировка уровня исходного сигнала, проходящего на выход плагина в моменты, когда ноты не играются (доступна только в режиме MIDI). Это позволяет применять вокодер к треку с записанным вокалом только в отдельных местах.


log< >lin - регулировка характера изменения полос пропускания фильтров в пределах границы обрабатываемого частотного диапазона. В положении log< регулятор обеспечивает логарифмический закон изменения полос пропускания фильтров: с увеличением номера фильтра полоса удваивается, т. е. для каждого из фильтров она составляет октаву. В положении >lin полосы всех фильтров (измеренные в герцах) одинаковы. Регулятор оказывает влияние на тембр звука.

Регулятором Env.Speed изменяются продолжительности фаз attack (атака) и release (затухание) огибающей включения вокодера. При малых значениях параметра будет происходить немедленное включение вокодера в момент появления входного сигнала и мгновенное выключение в момент его исчезновения. Большие значения параметра заставят вокодер включаться и выключаться постепенно. В крайнем правом положении регулятора устанавливается режим Hold: синтезатор вообще перестает реагировать на сигнал-модулятор.

Встроенный синтезатор сигнала-носителя позволяет формировать до 8 голосов (по 2 генератора на каждый голос).

Элементы управления встроенным синтезатором сосредоточены в левой секции окна. Перечислим их:

* Voices - количество голосов синтезатора;
* Pitch Bend - регулятор сдвига высоты тона;
* Fine Tune - точная подстройка высоты тона;
* Noise - уровень шума;
* NoiseMod. - регулятор глубины модуляции шума;
* P.Drift - регулятор уровня случайного изменения высоты тона;
* P.Glide - регулятор скорости портаменто (перехода от одной ноты к другой);
* P.Bright - регулятор частоты среза фильтра нижних частот (lowpass-фильтра), на генератор шума влияния не оказывает;
* P.Detune - регулятор расстройки одного из двух генераторов (в каждом голосе), позволяет получить эффект унисона;
* Emphasis - регулятор частоты среза фильтра верхних частот (highpass-фильтра);
* LFO Rate - регулятор частоты LFO-генератора, используемого для вибрато;
* Vibrato - регулятор глубины вибрато.

Рассмотрим особенности функционирования плагина в каждом из трех возможных режимах: MIDI, External и MIDI + External.

Если нажата кнопка MIDI, то вокодеру требуется и звуковой сигнал-модулятор, и сигнал на выходе MIDI-трека (носитель).

Соблюдайте следующий порядок настройки вокодера в режиме MIDI:

1. Выберите источник сигнала-модулятора. Им может быть звуковой материал, записанный на любом аудиотреке, или даже живой звук, поступающий на вход аудиотрека. Последнее имеет смысл в том только случае, когда ваша звуковая карта обладает малой величиной задержки (latency). Наиболее подходящим материалом для сигнала-модулятора является речь, вокал и звуки ударных инструментов.

2. Выберите Vocoder в качестве эффекта, подключенного в режиме Insert к аудиотреку с сигналом-модулятором. Откройте окно плагина Vocoder.

3. Нажмите кнопку MIDI в группе MODE.

4. В окне проекта Cubase SX выберите MIDI-трек. Трек может быть пустым или содержащим данные, это не имеет принципиального значения. Если вы хотите "играть" на вокодере в реальном времени, то для трека следует включить режим записи или мониторинга, чтобы на Vocoder поступали сообщения с выходного MIDI-порта, ассоциированного с треком.

5. В раскрывающемся списке out: основной секции инспектора MIDI-трека выберите Vocoder. Теперь сообщения с выходного MIDI-порта трека направлены в Vocoder. Об их поступлении будет свидетельствовать индикатор, расположенный под кнопками группы MODE.

Вокодер готов к работе. Допустим, что вы используете в качестве сигнала-модулятора звуковые сообщения, записанные на аудиотреке, а сигнал-носитель формируете, играя на MIDI-клавиатуре в реальном времени.

В таком случае удостоверьтесь в том, что для MIDI-трека подготовлен режим записи, включите Cubase SX в режим воспроизведения и играйте на MIDI-клавиатуре.

А теперь перейдем к настройке и использованию вокодера в режиме External. В этом режиме модулятор и носитель могут быть любыми двумя звуковыми источниками, а большинство параметров вокодера и встроенного в него синтезатора становятся недоступными.


Рассмотрим порядок настройки вокодера в режиме External.


1. В Cubase SX командой Project > Add Track > Group Channel создайте групповой трек.
2. Откройте (разместите на пустом аудиотреке) аудиофайл, который вы хотите использовать в качестве сигнала-носителя.
3. Панорамируйте аудиотрек вправо.
4. Назначьте в качестве выходного порта аудиотрека Group Channel: в списке out: выберите Group 01.
5. Откройте аудиофайл, который вы хотите использовать как источник сигнала-модулятора (разместите его на втором пустом аудиотреке). Для работы вокодера требуется, чтобы сообщения, записанные на двух аудиотреках, воспроизводились одновременно.
6. Панорамируйте второй аудиотрек влево.
7. Назначьте в качестве выходного порта второго аудиотрека Group Channel: в списке out: также выберите Group 01.
8. Выберите Vocoder в качестве эффекта, подключенного в режиме Insert к групповому треку. Откройте окно плагина Vocoder и в группе MODE нажмите кнопку Ext.


Вокодер готов к работе. Осталось только включить в Cubase SX режим воспроизведения.

Порядок подготовки вокодера к работе в режимах MIDI + External и External практически одинаков. Особенность режима MIDI + External заключается в том, что нужно создать MIDI-трек, в раскрывающемся списке out: основной секции инспектора этого MIDI-трека выбрать Vocoder и включить режим записи или мониторинга. Затем следует открыть окно плагина Vocoder и в группе MODE нажать кнопку MIDI+Ext.

Теперь MIDI-сообщения будут поступать в синтезатор вокодера, и его звук будет смешиваться со звуком сигнала-носителя.


А что в итоге, спросите вы?


Во-первых, с помощью этого плагина можно исказить до неузнаваемости голос певца, придав ему свойства "поющего робота", а заодно и скрыв все недостатки обрабатываемого голоса. Искажения окажутся столь сильными, что замаскируют не только ошибки интонирования, дрожь, перепады громкости и тому подобные изъяны, но даже и явные дефекты речи.

Во-вторых, можно превратить в песню последовательность слов, не пропетых, а просто произнесенных, прочитанных без всякого выражения.

Но это все экзотика. А самое интересное - это как раз "в-третьих": спетую единственным человеком вокальную партию можно дополнить несколькими синтезированными партиями. Голоса, исполняющие их, не будут похожи на исходный голос, но они дадут ощущение многоголосного пения. Вместо последовательности нот будет звучать последовательность аккордов. Подобный эффект называется гармонизацией. В будущих статьях мы планируем рассказать о том, какие программные средства его реализуют. Нужно признать, что вокодер, о котором сейчас идет речь, не предназначен для гармонизации. То, что он делает на практике, можно назвать псевдогармонизацией. Потому что он синтезирует дополнительные голоса на основе алгоритма вокодера, внося сильнейшие искажения, а не преобразует высоту тона исходного голоса с максимальной достоверностью звучания, как это следовало бы делать настоящему гармонизатору.


Фруктовый вокодер


Вокодер Fruity Vocoder, также не отличающийся особой сложностью, входит в состав еще одной популярной виртуальной студии - FL Studio. Панель плагина Fruity Vocoder показана на рисунке.




Закодированный голос (Что такое вокодеры)

Рис. 2. Панель плагина Fruity Vocoder



Принцип работы вокодера вам уже знаком. Осталось разобраться в особенностях его реализации именно в данном плагине.

Имеется два источника сигнала, называемые MOD (модулятор; обычно - голос, т. е. речь, пение) и CAR (носитель; обычно- звучание синтезатора). В качестве модулятора и носителя берутся сигналы левого и правого стереоканалов, подаваемые на вход плагина. С помощью кнопок R (правый канал) и L (левый канал), расположенных над регуляторами MOD и CAR, вы сами можете выбрать, какой канал будет использоваться в качестве модулятора, а какой- в качестве носителя.

Регуляторы MOD и CAR задают громкость необработанных сигналов модулятора и носителя на выходе плагина. Регулятор WET задает уровень обработанного эффектом сигнала на выходе плагина. Над регуляторами MOD, CAR и WET расположены маленькие кнопки-переключатели, позволяющие выбрать соответствующий источник в качестве единственного звучащего (режим солирования). В рабочем положении такой переключатель над регулятором WET должен быть включен.

Перед обработкой сигнала с помощью ряда полосовых фильтров осуществляется его перевод в спектральную область, т. е. сигнал проходит через своеобразный кроссовер, на каждом выходе которого для соответствующей полосы частот измеряется уровень сигнала. В первом приближении эти операции можно считать прямым преобразованием Фурье. За спектр сигнала принимается совокупность уровней сигнала на выходах полосовых фильтров. Во время обработки операции совершаются не с отдельными отсчетами звукового сигнала, а с его спектром.

В конечном счете, осуществляется ресинтез (восстановление сигнала по его спектру, или обратное преобразование Фурье). Ресинтезированный сигнал поступает на выход плагина.

Число частотных полос, задаваемое в группе BANDS, может варьироваться от 4 до 128. При малом числе полос можно получить грубое звучание, характерное для раритетных вокодеров. Переключатели 1, 2 и 3 группы FILTER задают порядок фильтров (крутизну их характеристик), используемых для разложения сигнала в спектр.

Регулятор MIN задает центральную частоту первой частотной полосы. Регулятор MAX задает центральную частоту последней частотной полосы. Регулятор SCALE определяет характер зависимости ширины частотной полосы от ее номера (варьируется от линейного до логарифмического).


BW - ширина частотной полосы. FORM - смещение частотных полос по шкале частот. С помощью данной опции можно управлять тембром ресинтезированного голоса.


INV - режим инверсии, при котором первая частотная полоса модулятора ставится в соответствие последней частотной полосе носителя, вторая частотная полоса модулятора- предпоследней полосе носителя и т. д.

В группе ENV доступны параметры ATT (атака) и REL (освобождение), определяющие характер реакции плагина на изменения модулирующего сигнала.

Значительную часть панели плагина занимает индикатор спектра сигнала. Нажатием кнопки HOLD можно "заморозить" отображаемую на нем картинку, а заодно и модуляцию сигнала-носителя. Индикатор спектра по совместительству выполняет функцию графического эквалайзера, а столбики индикатора- функцию регуляторов.

Примите практический совет. Если вы просто пропустите сквозь этот плагин голос, то он, безусловно, исказится. Кроме того, с помощью регулятора FORM вы сможете изменять его тембр. Однако этот эффект не будет являться эффектом вокодера, т. к. в данном случае модулятором и носителем будет один и тот же сигнал.

Чтобы получить настоящее вокодерное звучание, проделайте следующее.

1. В качестве модулятора выберите голос. Для этого на одном из аудиотреков окна Playlist программы FL Studio разместите клип с голосом. Установите для трека крайнее значение панорамы (например, крайнюю левую точку).

2. В качестве носителя возьмите ярко выраженный тембр синтезатора (например, TS404). Добавьте в проект соответствующий канал и средствами пошагового секвенсора или окна Piano roll создайте партию в исполнении этого синтезатора. Панораму соответствующего канала установите в крайнюю правую точку (важно, чтобы модулятор и носитель звучали из разных стереоканалов).

3. Далее следует направить сигналы каналов синтезатора и голоса в один и тот же модуль FX микшера, к которому в режиме вставки подключен плагин Fruity Vocoder.

По умолчанию вокодер применяет в качестве модулятора сигнал левого канала (там у нас голос), а в качестве носителя- сигнал правого канала (там у нас синтезатор). Вот и все тонкости, дальше можете экспериментировать.


Waves Morphoder - вокодер без руля


В книге "Профессиональные плагины для SONAR и Cubase" мы рассказали о гигантском пакете интереснейших плагинов Waves Platinum Bundle 4, предназначенных для профессиональной обработки звука. Позже пакет расширился и стал называться Waves Diamond Bundle 5. С одной из новинок- сверточным ревербератором- вы могли познакомиться в статье "Waves IR-1- сбылось пророчество великого утописта?". Наряду с другими плагинами при переходе пакета от "платинового" качества к "бриллиантовому" в нем появился и вокодер, который называется Waves Morphoder.




Закодированный голос (Что такое вокодеры)

Рис. 3. Waves Morphoder - вещь в себе



Плагин задуман очень интересным. Голос, записанный на треке, к которому плагин подключен, преобразуется аналогично тому, как это делается в любом вокодере. Но в качестве источника сигнала-носителя используется один из десяти довольно прилично звучащих внутренних синтезаторов, предусмотренных в плагине.

Кроме того, голосом производится модуляция хорошо сформированного и допускающего обработку фильтром шумового сигнала, отчего возникает ощущение необыкновенной звонкости. В плагине имеется встроенный пятиполосный параметрический эквалайзер, позволяющий в широких пределах управлять тембром звука. И, наконец, самое главное: синтезированный голос "умеет" петь, причем не только отдельные ноты, но и аккорды, в которых насчитывается до восьми одновременно звучащих нот. Управление сменой аккордов осуществляется с виртуальной клавиатуры, которой оснащен плагин.

В руководстве пользователя утверждается, что управление также возможно либо с трека проекта, либо с MIDI-клавиатуры. Правда, разработчики честно предупреждают, что функция управления сменой аккордов полноценно реализуется при работе не со всякой программой-хостом. А на деле оказалось, что, практически, ни с какой: в Cakewalk SONAR плагин на управляющие сигналы не реагирует, в Steinberg Cubase кое на что реагирует, но зато зависает после нескольких нажатий виртуальных клавиш. Да и MIDI-трек в Steinberg Cubase "не видит" плагина в качестве выходного MIDI-порта. Так что, увы, не все то- алмаз, что сверкает.

Мы Waves Morphoder однажды использовали (уж очень подошло для реализации задуманного звучание шумовой составляющей синтезированного сигнала), но вам не рекомендуем совершать аналогичный подвиг. Из-за отсутствия нормального управления сменой аккордов технология работы с плагином становится просто мучительной. Обрабатываемый аудиотрек нужно разбить на отдельные клипы, границы которых совпадают с моментами смены аккордов. А потом приходится каждый клип в отдельности (и не в реальном времени) обработать плагином, предварительно набирая на его виртуальной клавиатуре необходимый аккорд.

Возможно, вас заинтересовали вокодеры как инструмент преобразования звука и вы хотели бы применять их в своем творчестве. Чтобы желание стало реальностью, нужно освоить работу с теми программами, которые могут служить хостами для плагинов-вокодеров. В помощь вам мы написали книги "Cubase SX 3: запись и редактирование музыки", "Fruity Loops Studio: музыкальная фабрика на PC" и "Cakewalk SONAR. Запись песни в домашней студии" (издательство "БХВ-Петербург"). В них содержится все, необходимое для успешной работы, и еще чуть-чуть сверх этого.





Р. Петелин, Ю. Петелин

27 марта 2008, Метки: FL Studio, Fruity Loops, Голосов: 1, Просмотров: 7043, Комментариев: 0
Комментарии:




* Все буквы - латиница, верхний регистр

* Звёздочкой отмечены обязательные для заполнения поля



© FDSTAR, 2007-2017. При использовании материалов - прямая ссылка на FDSTAR.COM обязательна. 0,0283 секунды